北京电子科技学院(BESTI)

             

课程:Java程序设计  班级:1353  姓名:韩玉琪  学号:20135317

成绩:             指导教师:娄嘉鹏    实验日期:2015.5.6

实验密级:         预习程度:         实验时间:15:50--20:50

仪器组次:         必修/选修: 选修            实验序号:2

实验名称:实验二 Java面向对象程序设计                                          

实验目的与要求:

1. 初步掌握单元测试和TDD                               

2. 理解并掌握面向对象三要素:封装、继承、多态    

3. 初步掌握UML建模                                         

4. 熟悉S.O.L.I.D原则                                       

5. 了解设计模式                                              

 

实验仪器:

名称

型号

数量

PC

Lenovo

1

实验楼环境

/

1

Eclipse

/

1

 

 

一、实验内容及步骤

(一)单元测试

1、 三种代码

需求:我们要在一个MyUtil类中解决一个百分制成绩转成“优、良、中、及格、不及格”五级制成绩的功能。

(1)伪代码

 

(2)产品代码

 

(3)测试代码

 

因为是自己写的代码,没有照着提示一步步做,所以,没有出现很多问题。

2、TDD(Test Driven Devlopment, 测试驱动开发)

(1)概念:先写测试代码,然后再写产品代码的开发方法叫“测试驱动开发”(TDD)。

(2)TDD的一般步骤如下:

•  明确当前要完成的功能,记录成一个测试列表

•  快速完成编写针对此功能的测试用例

•  测试代码编译不通过(没产品代码呢)

•  编写产品代码

•  测试通过

•  对代码进行重构,并保证测试通过(重构下次实验练习)

•  循环完成所有功能的开发

(3)优势:基于TDD,我们不会出现过度设计的情况,需求通过测试用例表达出来了,我们的产品代码只要让测试通过就可以了。

(4)将百分制转五分制改写成TDD

代码层次结构:

 

运行:

 

假设开始没有将100考虑进去(错误情况):

 

(5)TDD的编码节奏是:

•  增加测试代码,JUnit出现红条

•  修改产品代码

•  JUnit出现绿条,任务完成

(二)面向对象三要素

1、抽象

(1)“去粗取精、化繁为简、由表及里、异中求同”的能力

(2)过程抽象、数据抽象

2、封装、继承与多态

(1)面向对象的三要素:封装、继承、多态。

(2)面向对象的思想涉及到软件开发的各个方面,如面向对象分析(OOA)、面向对象设计(OOD)、面向对象编程实现(OOP)。OOA根据抽象关键的问题域来分解系统,关注是什么(what)。贯穿OOA、OOD和OOP的主线正是抽象。

OOD中建模会用图形化的建模语言UML(Unified Modeling Language),UML是一种通用的建模语言。

(3)封装

封装实际上使用方法(method)将类的数据隐藏起来,控制用户对类的修改和访问数据的程度,从而带来模块化(Modularity)和信息隐藏(Information hiding)的好处;接口(interface)是封装的准确描述手段。

3、例

(1)Dog类通过使用类和访问控制(private,public)隐藏了属性color,开放了接口setColor(),getColor(),bark()和toString。Dog类是一个模块,我们可以通过下面的代码使用它,测试代码与运行结果如下:

 

 

(2)我们可以用UML中的类图来描述类Dog:

 

在UML 里,一个类的属性能显示它的名字,类型,初始化值,属性也可以显示private,public,protected。 类的方法能显示它们的方法名,参数,返回类型,以及方法的private,public,protected属性。其中:•    +表示public •    #表示 protected •    -表示 private

使用UML可以让我们不必关注细节。

(3)这时的测试类:

 

注意:UML类图要展示类之间的静态关系,AnimalTest类依赖Dog类和Cat类,UML中依赖用带箭头的直线表示。

对应代码:

 

(3)Dog类和Cat类都有Color属性和相应的set和get方法,明显违反了前面提到的DRY原则,我们可以通过继承解决这个问题,把Color属性和相应方法放到父类Animal中,如以下UML较图所示:

(注意UML类图中继承的表示法,是用一个带三角的直线指向父类)

 

以封装为基础,继承可以实现代码复用,需要注意的是,继承更重要的作用是实现多态。多态是面向对象程序设计的灵活性和可扩展性的基础。

我们再看看上一个类图,我们可以进一步抽象,把Dog类中的bark()和Cat类中的meow()抽象成一个抽象方法shout(),Dog类和Cat类中覆盖这个方法,如以下UML图所示:

 

代码运行:

 

(三)设计模式初步

1、S.O.L.I.D原则

如何借助抽象思维用好三要素特别是多态是非常困难的,S.O.L.I.D类设计原则是一个很好的指导:

•  SRP(Single Responsibility Principle,单一职责原则)

•  OCP(Open-Closed Principle,开放-封闭原则)

•  LSP(Liskov Substitusion Principle,Liskov替换原则)

•  ISP(Interface Segregation Principle,接口分离原则)

•  DIP(Dependency Inversion Principle,依赖倒置原则)

2、模式与设计模式

模式是某外在环境(Context) 下﹐对特定问题(Problem)的惯用解决之道(Solution)。模式必须使得问题明晰,阐明为什么用它来求解问题,以及在什么情况下有用,什么情况下不能起作用。每个模式因其重复性从而可被复用,本身有自己的名字,有可传授性,能移植到不同情景下。模式可以看作对一个问题可复用的专家级解决方法。

计算机科学中有很多模式:

•  GRASP模式

•  分析模式

•  软件体系结构模式

•  设计模式:创建型,结构型,行为型

•  管理模式: The Manager Pool 实现模式

•  界面设计交互模式

•  …

3、设计模式实示例

(1)设计模式(design pattern)提供一个用于细化软件系统的子系统或组件,或它们之间的关系图,它描述通信组件的公共再现结构,通信组件可以解决特定语境中的一个设计问题。

设计模式背后是抽象和SOLID原则。

(2)设计模式有四个基本要素:

•  Pattern name:描述模式,便于交流,存档

•  Problem:描述何处应用该模式

•  Solution:描述一个设计的组成元素,不针对特例

•  Consequence:应用该模式的结果和权衡(trade-offs)

(3)了解设计模式可能会存在的过度设计问题以及如何避免它。

(四)练习

1、使用TDD的方式设计关实现复数类Complex。

(1)伪代码

 

(2)产品代码

//复数打印、相加、相减

public class Complex {

    private int sh,xu;

    Complex(){

         this.sh=0;

         this.xu=0;

    }

    Complex(int sh){

         this.sh=sh;

         this.xu=0;

    }

    Complex(int sh,int xu){

         this.sh=sh;

         this.xu=xu;

    }

    public void addFu(Complex p1,Complex p2){

         System.out.println("这两个复数的和为:");

         this.sh=p1.sh+p2.sh;

         this.xu=p1.xu+p2.xu;

         print();

    }

    public void minusFu(Complex p1,Complex p2){

         System.out.println("这两个复数的差为:");

         this.sh=p1.sh-p2.sh;

         this.xu=p1.xu-p2.xu;

         print();

    }

    public void outputFu(){

         System.out.println("复数的值为:");

         print();

    }

    public void print(){

         if(this.xu>0){

               System.out.println(this.sh+"+"+this.xu+"i");

         }else if(this.xu<0){

               System.out.println(this.sh+""+this.xu+"i");

         }else{

               System.out.println(this.sh);

         }

    }

}

(3)测试代码

 

(4)编写代码时遇到的问题

(开始的时候没有把功能抽取出来,写的很多,然后抽取了print功能就少了很多。)

最开始设计的伪代码是这样的:

 

然后设计的代码测试出来是这样的:

 

虚数部分如果为负数打印出来“+ -”两个符号。所以将两种情况分开。

但是打印写出来又出现了新情况:

 

虚部为负数的时候实部没有打印出来,而虚部成了两者的和,再看自己写的代码,发现当虚部小于0时,实部和虚部之间没有加上字符隔开:

 

它们就直接做了加法,所以加上一个空字符:

 

测试与计算一致,完成!

2、实验报告中统计自己的PSP(Personal Software Process)时间

步骤

耗时

百分比

需求分析

54min

18%

设计

75min

25%

代码实现

63min

21%

测试

63min

21%

分析总结

45min

15%

3.总结单元测试的好处

(1)使可以放心的修改测试用代码而不用担心会影响设计的测试代码。

(2)从调用者的角度看自己写的代码,与从编写的角度还是不太一样的,在编写者的角度,就会想着如何方便迅速的完成整个代码,但是从调用者的角度,就会考虑别人使用的时候是否方便,更注重测试和调用。

(3)测试本身是被测代码的用法说明,替代了一部分代码功能,迫使自己要将被测代码设计得更加独立地去完成某个或某几个功能。

 

二、实验感想

1、这次实验耗费了很长时间,最后都要做不下去了。我深深体会到网络的重要性和学习新方法、使用新工具的能力的重要性。

2、UML图有点抽象,在虚拟机上实现的时候操作不熟练,刚开始一直没明白怎么把那个框调出来(因为实验楼虚拟机一直出问题,自己没有静下心来看操作步骤上“单击工具栏上的类图标,再在class diagram(类图)中单击一下”),之后是那条箭头画不上去,百度教程,应该是先点击工具栏上的箭头图标(实现关系)然后点击起始的类,出现一条虚线,再点击指向的类。终于把能图画出来了。

3、TDD的方式例题的测试代码看得懂,但是自己编写的时候就不知道哪些语句怎么用,只好用自己写的测试代码,可能这样不算严格TDD方式,但是我觉得这样的思想对我自己设计某些独立功能是有很大帮助的。

4、做练习代码的时候,一看到实现复数类不知道具体是要做什么,就上网搜了一下“Complex”,发现有输出、加法、减法的功能,然后我就按着这样的思路编写了伪代码。开始的时候没有把功能抽取出来,啰嗦的写了很多,然后抽取了print功能,将每一项功能单独出来,代码一下就变少了。

然后我写完上述报告后,看到老师给的复数类还有乘法的功能,我就把代码翻出来,再实现了一下乘法的功能:

 

运行:

 

这个时候我觉得自己比任何时候都能理解抽象的好处,每一个功能一旦抽象、封装起来,再增添新功能时调用起来特别方便。